东亚VLBI网观测高能伽马射线暴GRB190114C的余辉辐射

据EurekAlert!：伽马射线暴（Gamma-Ray Burst; GRB）,简称伽马暴，产生于遥远的星系中，是宇宙中最亮的天体事件。关于伽马暴的物理起源有很多未解之谜，其中，两个主流的模型认为伽马暴是大质量恒星塌缩或者是双星系统碰撞合并产生的。GRB的持续时间很短，从零点几秒到几千秒不等，捕获GRB爆发在当今观测技术条件下仍非常困难。在伽马暴之后，爆发所喷出的物质会与星际环境中的气体发生碰撞和相互作用产生激波，并形成缓慢消散的余辉（Afterglow），在几乎整个电磁波谱发射电磁辐射。对余辉的多波段后随观测为研究GRB前身星和暴前星周介质提供了难得的机会，余辉的持续时间通常较长，已经观测到的最长余辉在X射线波段持续时间达到6个月，且余辉的时间会随着观测波长的增加而变长。

甚长基线干涉（VLBI）观测技术是人类迄今为止所能达到的最高分辨率的观测手段。由于伽马暴距离地球十分遥远且通常发生在恒星大小的尺度，VLBI因此成为对GRB余辉的结构和结构变化进行成像的为数不多的技术之一。利用VLBI射电网的观测，科学家们能够精确测量余辉中射电激波的尺寸、速度和强度，从而对理论模型给出强有力的约束。例如，在对著名的双中子星并合事件GW170817的研究中，尽管有多波段的大量观测，但依然无法区分两个喷流模型：成功冲出星周包层的结构化喷射、被包层束缚住的窒息喷流。正是VLBI观测解开了这一谜团，给出了结构化喷流的明确证据。

GRB190114C在已经发现的伽马暴中是一例极其特殊的存在。它是首个被地面切伦科夫望远镜探测到具有高能余辉（>100 GeV）的伽马暴源，因此对于研究极高能伽马暴的能源机制具有重要的研究价值。在爆发后的2日内，多个波段（X射线、光学、射电）的望远镜均探测到了余辉，射电波段的余辉亮度在几个mJy左右。它还是少数几例在全部电磁波段均有观测的伽马暴。

上海天文台安涛研究员牵头的国际团队在发现伽马暴190114C之后的第一时间，即以最快的速度协调东亚VLBI网的望远镜时间，得以在爆发后的第6、15、和32天完成了对目标源的三次观测。该团队经过对三次观测数据的反复仔细分析，在目标源对应的天区中，均没有发现高于5倍背景噪声的信号源，因此可以得出结论，在三次观测对应的灵敏度条件下，没有探测到GRB190114C。从观测中可以估算出GRB190114C在三个观测时间的射电亮度上限，以此为标尺对理论模型的参数空间进行检验和限制。

根据当前的主流学说以及广泛接受的GRB模型，该团队的研究人员考虑了在两种不同密度分布的星际介质【类风介质（图1左）和均一介质（图1右）】模型下，考虑不同的磁场能量与电子能量的比例，得出不同爆发能量对应的星际介质密度和磁场能量密度分布，通过与观测数据的对比，可以得出合理的参数空间范围。图二直观地显示了当前已发表的理论模型所表征的余辉光变曲线和实际观测数据（三个黄点）的对比，可以看出，观测数据与大多数理论模型有很好的一致性，在一定程度上肯定了其理论模型的合理性。

值得一提的是，这是东亚VLBI网首次对暂现源进行观测研究。为了探测伽马暴在射电波段的微弱信号，东亚VLBI网首次采用了相位参考技术来提高观测灵敏度。这次实验不仅对伽马暴GRB190114C的多波段协同观测和理论模型研究做出贡献，也代表着东亚VLBI网在微弱射电源以及暂现源的观测研究上迈出了第一步。

了解研究详情请读原文：

题目：East Asia VLBI Network observations of the TeV Gamma-Ray Burst 190114C

作者：Tao An, Om Sharan Salafia, Yingkang Zhang, Giancarlo Ghirlanda, Gabriele Giovannini, Marcello Giroletti, Kazuhiro Hada, Giulia Migliori, Monica Orienti, Bong WonSohn

出版信息：Science Bulletin, doi: 10.1016/j.scib.2019.11.012

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927319306553

相关报道：天文学家发现有史以来最强大的伽马射线暴其源自两个星系的碰撞

据cnBeta：外媒New Atlas报道，伽马射线暴（GRB）是宇宙中最活跃的事件之一，现在，天文学家已经检测到有史以来最强大的伽马射线暴。该事件的威力几乎是平均GRB的一千倍。这样强烈的信号只能来自宇宙中一些最活跃的事件。当恒星进入超新星并坍塌成中子星或黑洞，以接近光速的速度发射出大量等离子体，就会产生GRB。其在几秒钟内释放出的能量比太阳整个生命周期中释放的能量还多。

这些脉冲的能量以电子伏特（eV）表示，代表一个电子经过1伏特的电位差加速后所获得的动能。。对于大多数GRB，“余辉”的测量单位是几十GeV。但是，最新的检测结果远远超过了这些-它记录了高达1TeV的能量。

该研究的作者Masahiro Teshima表示：“我们从理论上预测了能量在TeV范围内的高能GRB。天文学家在过去15年一直在搜寻了如此强大的伽马射线暴。我和我的国际团队很自豪地宣布，发现了第一个如此强大的伽马射线暴，其能量高达1TeV，是迄今为止从GRB探测到的最高能量的光子。”

该事件名为GRB190114C，它已于今年1月14日被观察到。它首先被两颗旨在探测伽马射线暴的卫星发现，它们分别是尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台和费米伽马射线太空望远镜。

但天文学家特别令人感兴趣的是“余辉”，它发出的光芒更加明亮。为此，每当这些仪器检测到GRB时，它们都会立即向其他设施发出信号，以便进行后续观察。世界各地的20多个望远镜和天文台随后被用于观测该事件。

“余辉”在初始爆发后约一分钟开始，总共持续约20分钟。在最初的30秒钟左右，辉光比蟹状星云强100倍以上，蟹状星云是银河系中已知最明亮的伽玛射线源。它的能量在1 TeV达到峰值，但徘徊了一段时间，一直下降到0.3 TeV，但仍然很强。

哈勃望远镜其中一个被用于观测GRB190114C上的望远镜。尽管它无法检测到伽马射线，但该太空望远镜能够帮助确定该事件有多远，以及什么样的条件可能使其产生了极大的能量。事实证明，伽马射线暴是两个星系碰撞的结果。

该研究的主要作者Andrew Levan表示：“哈勃的观察表明，这一特殊的爆发位于非常密集的环境中，就在距离50亿光年远的明亮星系中间。这确实很不寻常，这表明这个集中的位置可能就是它产生这种异常强大的光的原因。”

这项研究发表在《自然》杂志上。

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